自90年代以來，國家電信部門對通信設備的網絡化管理要求逐步加快，要求組成通信網絡的各種設備都必須具備智能化和通信的能力,，電源設備也不例外[1],。計算機技術的應用，使通信電源成為集計算技術,、控制技術、通信技術于一體的高科技產品,，使產品的性能,、功能大大提高，從而可實現系統(tǒng)的自動測試,、自動診斷,、自動控制，實現電源系統(tǒng)的遙信,、遙測,、遙控[2]。因此,，高頻開關電源也進入了智能化控制階段,。本文設計實現了一種智能高頻開關電源的的監(jiān)控模塊。
            
            1,、高頻開關電源的原理及其特點
               
            智能化高頻開關電源具有高度靈活組合,、自主監(jiān)控的特點，尤其是在通信領域,，因其具有體積小,、噪聲低、維護方便又可被納入通信系統(tǒng)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)等特點,，所以運用十分廣泛,。高頻開關電源的電路原理框圖如圖1所示，它主要由交流配電,、整流模塊,、直流配電模塊、充電模塊,、主監(jiān)控模塊及相關電路組成,，其中充電模塊和主監(jiān)控模塊具有內置微處理器。此高頻開關電源是將220V（或380V）交流電變換成穩(wěn)定可靠的48V或24V直流電給負載（如程控交換機,、光端機等）供電,，并給蓄電池組浮充或均衡充電。當交流電源輸入中斷后,，由蓄電池組通過該系統(tǒng)向負載供電,，以保證對負荷連續(xù)不間斷供電。當交流電源恢復正常后,，系統(tǒng)自動對蓄電池組進行均充電,，對蓄電池大量放電后進行電能的快速補充,。

            圖1 高頻開關電源組成框圖
            該電源有以下特點：
            ●交流輸入電壓適應范圍寬：三相380±30%（266～494V）,單相220±30%（154～286V）；
            ●采用有源功率因數校正技術,，使功率因數≧0.99,，整機效率高；
            ●采用PWM邊沿諧振技術,，一方面減少了開關器件在高頻開關過程中的功率損耗,，提高了整機效率，使整機效率高達90%以上,，另一方面減少了電磁干擾,，可將電源系統(tǒng)安裝在程控機房內；

            ●系統(tǒng)采用微機控制,、漢字顯示,、鍵盤操作，便于掌握使用,，極大地方便了用戶,。

          2、智能化高頻開關電源主監(jiān)控模塊構成
               
            由于要求這種電源系統(tǒng)具有極高的可靠性,，因此能否有效地對它的運行工況進行監(jiān)視和控制就非常重要,。系統(tǒng)主監(jiān)控模塊作為一個獨立的模塊，可以監(jiān)控整個電源系統(tǒng)各單元的運行狀況,，具有對系統(tǒng)的運行參數進行采集,、顯示及設置的功能。它也可以與外部計算機（一般用PC機即可）進行接口通信,，構成本地或遠程集中監(jiān)控系統(tǒng),。當與外部計算機接口通信時，主監(jiān)控模塊稱為下位機,，外部計算機稱為上位機,。因此，主監(jiān)控模塊還要能不斷接受上位機送來的命令,，并根據命令對電源系統(tǒng)進行操作或將電源系統(tǒng)各單元的運行狀態(tài)及參數反送給上位機,，控制各模塊的投入和退出，完成人機對話,，實現與外部計算機或遠端主機的通信,。

             2.1 監(jiān)控模塊的工作原理及組成
               
            圖2為主監(jiān)控模塊的組成框圖[4]。系統(tǒng)主監(jiān)控模塊作為一個獨立的模塊,，可監(jiān)控整個電源系統(tǒng)的工作狀態(tài),，控制各模塊的投入和退出，完成人機對話。模塊由AT89C52單片機,、交直流配電參數采集單元,、顯示與操作單元及串行口通信單元組成。監(jiān)控模塊與整流模塊通過RS-485串行通信交換信息,，這樣可使監(jiān)控模塊的硬件設計不受所監(jiān)控的整流模塊數限制,，使得系統(tǒng)內電源模塊數目可任意擴充。與上位計算機也采用串行通信方式,，串行口通過8250芯片擴展而成,，對于本地集中監(jiān)控，可使用RS-485串行口,，對于遠地監(jiān)控,，可使用RS-232串行口,，并通過調制解調器（MODEM）及電話線路進行通信,。系統(tǒng)采用大屏幕LCD和鍵盤實現本地的人機交互操作。主監(jiān)控模塊檢測直流母線電壓,、電流,，當電壓或電流大于上限設定值時，便命令整流模塊降壓限流,，并根據各整流模塊的工作情況,，決定每個模塊的退出和投入，從而使整個電源系統(tǒng)工作在穩(wěn)定的狀態(tài)下,。此外,，主監(jiān)控系統(tǒng)還對電網電壓的波動進行檢測，同時發(fā)出報警信號,，并記錄故障信息,。

            圖2 監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖
               
            交流檢測單元主要由三相交流電壓檢測板、三相顯示板等組成,。三相交流電壓檢測板安裝在機柜內上部交流配電部位,。其功能是將隔離后的市電信號送控制器，由控制器對市電參數進行檢測,，判斷輸入的交流電是否“超限”或“缺相”,，當“超限”或“缺相”時，由控制器發(fā)出告警,。轉接單元將控制器發(fā)出的控制整流器輸出電壓高低的頻率信號送各整流器,，將檢測到的各整流器的信號送控制器。這些信號包括：控制整流器輸出電壓高低的頻率信號,、均流總線的電壓信號,、各整流器的電流信號、整流器的告警信號。直流檢測單元主要包括電池電流檢測板和電池保護板,。檢測負載分路直流斷路器是否斷開,，檢測電池分路熔斷器是否斷開，檢測電池分路電流并送控制器,?？刂破鲗⒔涣鳈z測單元、轉接單元,、直流檢測單元送來的信號進行檢測,、顯示、告警,；控制整流器的工作狀態(tài),。通過鍵盤實施狀態(tài)查詢、系統(tǒng)操作,、參數設置,。

            2.2 控制器的主要功能
            檢測：系統(tǒng)交流供電、電池狀態(tài),、整流器狀態(tài),、電池電流、主分路電流及故障內容,；
            控制：系統(tǒng)開機/關機,、均充開/關、整流器開機/關機,、電池試驗開/關,；
            參數設置：系統(tǒng)參數設置，整流器柜數,；
            電池參數：均充電壓,、浮充電壓、過壓值,、欠壓值,、充電限流值、轉換電流等,；
            監(jiān)控參數：設備編號,、通訊接口、撥號方式,、電話號碼及故障回報開/關等,；
            通信：通過接口實現三遙，通過故障接口將系統(tǒng)告警信號輸出至系統(tǒng)故障監(jiān)視器,。
            3,、監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現
            3.1 實現的功能
               
            本系統(tǒng)采用集中管理,、獨立控制的模式，各模塊的單片機都有自己獨立的控制程序及與監(jiān)控模塊的通信程序,。當個別模塊出現故障時,，不會影響整機運行。主監(jiān)控模塊軟件采用模塊化結構設計,，各種功能都由相應的中斷子程序完成,。監(jiān)控模塊的軟件主要完成以下功能：

            （1） 接收各模塊發(fā)送的數據；
            （2） 向各模塊發(fā)送控制命令,；
            （3） 人機交互接口,。
                監(jiān)控模塊中的主控單片機為主機，整流模塊的單片機為從機,，相互間采用N,、8、1 的10
            位異步通信格式,，波特率為4800B,。從機發(fā)向主機的數據需在主機發(fā)出允許命令后才可發(fā)出，即被地址碼選中的模塊,，才有權向監(jiān)控模塊發(fā)出數據,。
            3.2 主監(jiān)控程序
               
            主監(jiān)控軟件采用模塊化結構設計,、各種功能都由相應的中斷子程序完成,。圖3所示為主程序流程圖。系統(tǒng)的初始化包括MCU內部控制寄存器的初始化,，寄存器區(qū)及數據區(qū)的初始化等,。自檢包括RAM自檢及控制系統(tǒng)各傳感器自檢。自檢通過后,，開放中斷及PTS,，并調用顯示初始化子程序。顯示系統(tǒng)主菜單可用鍵盤選擇各子菜單,，包括運行參數菜單,、狀態(tài)菜單、故障記錄菜單及參數設置菜單等,。為確保運行安全,，參數設置菜單僅供授權的管理維護人員使用，需輸入密碼才可進行操作,。

            圖3 主程序
               
            本監(jiān)控系統(tǒng)采用8×4漢字顯示,，考慮到監(jiān)控的參數眾多，一屏無法全部顯示,，故采用菜單式操作方法,，即選擇顯示屏顯示的菜單信息,，在告警模塊面板的鍵盤按下合適的功能按鍵，系統(tǒng)的微處理器根據按鍵送來的信息作出反應,，實現相應的功能,。故按鍵有數字鍵及功能鍵。程序采用樹狀分支結構,，如圖4鍵盤程序流程圖所示,。

            圖4 鍵盤程序流程圖
               
            監(jiān)控軟件的核心部分是串口接收中斷子程序。該子程序要完成串口通信,、數據接收與校驗,、格式轉換、存取,、控制等,。 

      由于監(jiān)控的數據量較大，對每類數據都要有固定格式,，采取檢錯重發(fā)機制,，保證數據的正確性。數據處理子程序主要是完成A/D轉換,，數據比較判斷,，數字信號輸出反饋控制、清中斷等,。圖5是串口接收中斷子程序流圖,。

            圖5 串口接收中斷子程序流程圖
            4、系統(tǒng)抗干擾措施
               
            監(jiān)控模塊的性能直接影響整個開關電源的工作,，如果抗干擾措施設計考慮不全,，一旦干擾竄入監(jiān)控模塊，引發(fā)誤測,、誤報,，會導致整個系統(tǒng)癱瘓。本系統(tǒng)在設計中采取了硬件抗干擾和軟件抗干擾相結合的辦法,。

            4.1 硬件抗干擾措施
               
            為了提高模擬量的輸入阻抗,，減少損耗，在進行A/D轉換前加入一級電壓跟隨器,，將檢測的信號電壓轉換成電流后,，再并一電阻恢復成電壓信號，使用高精度的12位雙積分A/D轉換器ICL7109,。為消除數字量的雜波干擾,，電路中加入10uF的濾波電容組。整個系統(tǒng)在完成與計算機的串口通信時,，采用6N136進行隔離,。采用MAX706組成的看門狗電路,，提高MCU的抗干擾措施。

            4.2 軟件抗干擾措施
                主要采用數字濾波和數字調零技術,，消除開關電路,、A/D轉換電路的偏差，對信號進行平滑處理,，消除減少干擾,。對各類數據規(guī)定格式，采取校驗,、檢錯重發(fā)機制,，提高可靠性。大量采用冗余指令,，提高軟件執(zhí)行的可靠性,。

            5、結束語
               智能高頻開關電源與電池配接后組成不間斷供電系統(tǒng),，可廣泛用于郵電通信,、水利電力、公安,、鐵路,、計算中心等需要大功率直流電源的場所。采用本文監(jiān)控模塊的開關電源,，通過運行試驗,，能實現“三遙”等功能，維護方便,，可靠性高,，工作正常,，各項指標均能滿足要求,。